[发明专利]移相全桥变换器实时故障诊断方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及系统故障诊断领域，具体涉及一种针对移相全桥变换器实时故障诊断方法及系统。

背景技术

在电力电子装置中主功率变换器功率器件是最容易发生故障的薄弱环节，近年来功率器件运行的可靠性虽然有所提高，但未能满足功率变换器的要求。统计资料表明，短路和断路是功率器件最常见的故障，移相全桥变换器(如图1)功率管的故障可分为单管短路、双管短路、单管断路和双管断路四种类型，而功率管的过电压、过电流和过温是是造成故障的最主要原因。目前，针对功率变换器故障诊断所采用的技术可以分为基于数学模型和不依赖数学模型两大类。基于数学模型的故障诊断方法可分为状态估计法和参数辨识法，基于数学模型的电力电子故障诊断方法物理意义十分明了，公式推导简单，但由于电力电子变换器是非线型系统，实际工作中变换器模型总是不够精确的，而且很多变换器拓扑甚至连数学模型都很难建立，所以该方法很少在工程上应用。不依赖数学模型的故障诊断方法主要包括直接测量法、信号处理法、模式识别、专家系统、神经网络和遗传算法等等。直接测量法可分为检测功率器件变量和检测电路其它相关变量两类，该方法简单直观，实时性强，但无法对电路故障精确定位。信号处理法、模式识别、专家系统、神经网络等方法由于涉及到复杂的算法，程序处理时间长，很难满足运行频率越来越高的电力电子变换器的要求，例如必须在10μs内检测出变换器功率管发生短路故障并排除故障，否则桥式拓扑的电力电子变换器将出现桥臂直通这种恶劣的故障状态。

总的来说，不依赖数学模型的电力电子变换器故障诊断方法有以下不足：(1)直接测量法不能对故障进行精确定位；(2)信号处理法、模式识别等涉及人工智能的故障诊断法的算法复杂很难在工程上应用；(3)无法实现故障预测。

发明内容

本发明的目的在于提出一种移相全桥变换器实时故障诊断方法，能快速准确定位故障并确定故障类别。

本发明的另一个目的在于通过实现上述方法的系统。

本发明的第一个目的可通过以下的技术措施来实现：一种移相全桥变换器实时故障诊断方法，其特征在于在移相全桥变换器两个下桥臂上放置电流传感器，移相全桥变换器一个完整开关周期的正半周中，超前下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；开关周期的负半周中，滞后下桥臂的传感器获取功率管反并联二极管续流电流信号；通过功率管驱动信号结合上述正半周或负半周采样获得的续流电流信号，依据功率管反并联二极管续流电流信号和功率管驱动信号的逻辑关系，来确定移相全桥变换器的故障情况。

作为进一步改进，为了保证判断的准确性，在确定移相全桥变换器的故障情况时，还可结合相电流信号的逻辑关系；所述相电流信号通过以下采样获取：在开关周期的正半周中，滞后下桥臂的电流传感器获取工作状态的相电流信号；开关周期的负半周中，超前下桥臂的电流传感器获取工作状态的相电流信号。

作为进一步改进，在故障情况下，还采样获取移相全桥变换器的母线电压信号、变压器一次侧电流信号、功率管散热器温度值，存储建立变换器故障状态数据库；将采样的实时运行数据与故障数据库中的数据比较，判断当前运行数据与故障数据库数据是否匹配，实现故障情况预诊断。

本发明的另一个目的通过以下技术措施实现：一种移相全桥变换器实时故障诊断系统，其特征在于包括：信号采集模块、数据管理模块、故障特征信号逻辑分析模块、故障诊断解析模块；信号采集模块从移相全桥变换器获取工作状态的相电流信号、功率管反并联二极管续流电流信号和功率管驱动信号输入至数据管理模块，数据管理模块将上述采样信号传输至故障特征信号逻辑分析模块分析工作状态的相电流信号、续流电流信号和功率管驱动信号的逻辑关系，故障诊断解析模块根据分析模块得出的逻辑关系，确定移相全桥变换器故障情况。

本发明所述信号采集模块获取的采样信号还包括移相全桥变换器母线电压、变压器一次侧电流、散热器温度。

本发明系统还包括故障状态数据存储模块，用于存储故障情况下采集模块获取的移相全桥变换器母线电压、变压器一次侧电流、散热器温度；数据比较模块，用于将采集模块实时采样到的数据，与故障状态数据库中的数据进行比较，实现故障预诊断。

本发明系统还包括故障预处理模块，用于对预诊断故障作自动处理。